轉爐依“Si”煉鋼的生產實踐

魏志強 李勇 李健 （撫順新鋼鐵有限責任公司，遼寧撫順 113001)

轉爐依“Si”煉鋼的生產實踐

魏志強 李勇 李健 （撫順新鋼鐵有限責任公司，遼寧撫順 113001)

分析了轉爐煉鋼的生產現狀，找出了造成鐵水Si含量波動大的原因。對煉鋼工藝進行優化，從鐵水取樣方式、鐵水溫度和成分的準確、廢鋼和石灰加入量的工藝確認等方面進行改進，根據鐵水含Si量及溫度變化來調整工藝制度，真正達到了轉爐依“Si”煉鋼，提高了轉爐終點命中率，降低了各種原材料消耗。

轉爐 鐵水 含量 堿度 命中率 優化

1 前言

轉爐煉鋼是一種不需外加熱源，主要以液態生鐵為原料的煉鋼方法。轉爐煉鋼法的主要特點是靠轉爐內液態生鐵的物理熱和生鐵內各組分（如C、Mn、Si、P等)與送入爐內的氧進行化學反應所產生的熱量，使金屬達到出鋼要求的成分和溫度。爐料主要為鐵水和造渣料（如石灰、石英、螢石等)，為調整溫度，可加入廢鋼以及少量的冷生鐵塊和礦石等。

撫順新鋼鐵鐵水中C含量在4%左右，Mn含量在0.4%～0.6%，Si含量在 0.3%～1.2%，P、S含量在 0.02%～0.08%，鐵水中的主要合金元素是 C、Mn、Si，P、S 含量過少可忽略吹損。鐵水中C、Mn含量比較穩定，對轉爐吹煉的影響較小，Si含量很不穩定，直接影響轉爐的吹損和冶煉操作。

Si是重要的發熱元素，鐵水中Si含量增加，爐內的化學熱就增加，如果要保證終點溫度穩定，必須增加冷料加入量。一般來說，鐵水中Si含量增加0.10%，廢鋼的加入量可提高1.3%～1.5%[1]。石灰等造渣材料的加入量主要是根據鐵水中的Si含量來確定的，鐵水中Si含量增加，石灰加入量也要隨著增加，以保證爐渣堿度和脫P、脫S效果。根據鐵水成分和爐內熱量的變化，轉爐供氧槍位和壓力也要做適當調整，控制爐渣噴濺和反干現象。Si含量過高會使渣料和消耗增加，易引起噴濺，金屬收得率降低，同時渣中過量的SiO2也會加劇對爐襯的侵蝕，影響石灰渣化速度，延長吹煉時間。通常鐵水中的Si含量為0.40%～0.60%為宜。根據鐵水條件特別是鐵水Si含量建立合理的轉爐冶煉工藝制度是轉爐煉鋼的根本，可以杜絕盲目操作實現轉爐操作標準化，降低鋼鐵料消耗和渣料消耗。

2 現狀調研及問題分析

撫順新鋼鐵的鐵水Si含量忽高忽低，成分通報不及時、不準確，石灰質量不穩定，生燒率高，造成轉爐終點命中率不高，轉爐渣堿度不合理。

2.1 鐵水Si含量波動大，成分通報不準確

煉鐵廠通報給煉鋼廠的成分鐵水Si含量見表1。

表1 鐵水Si含量表

以鐵水Si 0.59%、終渣堿度3.2、石灰有效CaO 80%、生燒率30%計算，根據公式[2]，理論上計算石灰加入量應該在噸鋼58 kg，而實際轉爐石灰加入量在90 kg以上，完全不符合現在實際情況。

為了驗證鐵水Si含量的真實情況，煉鋼廠工藝室對鐵水進行抽檢約300鐵次，結果鐵水Si含量比鐵廠報樣偏高0.2%，平均0.73%，其中Si含量大于0.8%的爐次占34.2%。通過以上抽檢可以看出鐵水Si含量的真實分布，見圖1。

圖1 鐵水Si含量分布圖

通過圖1可見，撫順新鋼鐵鐵水Si含量變化較大，有時上下爐次的鐵水都不一樣，主要原因是撫順新鋼鐵的原材料條件不穩定，焦炭質量差，高爐數量多，產量不均衡。另外，由于高爐鐵水化驗成分準確率低，煉鋼廠不得不在混鐵爐取樣重新分析鐵水成分，但是由于沒有合適的設備，只能分析S含量，鐵水Si含量不能分析，使得轉爐操作沒有針對性，鐵水成分和熱量忽高忽低，轉爐物料加入量只能隨機變化，操作十分不穩定，噴濺和返干現象嚴重。如何有針對性地加入造渣材料和合理的供氧制度，必須有鐵水成分作依據。

2.2 石灰質量不穩定，消耗高

由于沒有真實的鐵水Si作指導，轉爐造渣材料的加入量具有盲目性，造成大量的浪費，尤其是對石灰加入量造成極大的影響。依“Si”冶煉執行前撫順新鋼鐵的石灰消耗居高不下，石灰消耗量在噸鋼90 kg以上，石灰由多個廠家供應。通過對石灰的抽查，石灰生燒高活度低，石灰化驗指標見表2。

2.3 轉爐渣樣堿度波動大

為了很好地指導轉爐操作，煉鋼廠對終點爐渣樣CaO、SiO2、MgO、TFe含量進行了分析，發現鐵水含Si量波動大,難以穩定,上下爐冶煉操作借鑒性不強，爐渣堿度＜2.8，占 31.59%;爐渣堿度 2.8～3.2，占 34.03%;爐渣堿度＞3.2，占34.38%。通過這些數據說明終渣堿度非常地不穩定，主要與沒有針對性加入造渣材料有關。

2.4 轉爐終點命中率低

由于鐵水變化未知，各臺高爐鐵水成分有很大差別，石灰條件不穩定，廢鋼和石灰加入量沒有針對性，造成轉爐命中率低，終點溫度變化大，即使同一次鐵上下爐以同樣廢鋼比和石灰加入量，有時終點溫度相差200℃以上，造成轉爐后吹嚴重，碳溫命中率平均56.5%。

2.5 冶煉過程控制困難，生產事故多

由于終點命中率過低，造成爐后高溫或低溫鋼水頻繁出現，給鋼水的成功澆注帶來了很大困難，小到回水、漏鋼，大到停機漏爐和質量廢品。根據2009年度數據統計，轉爐終點鋼水溫度命中率平均70%，低溫回水每月大于5爐次，漏爐事故3起。

沒有鐵水Si的真實含量造成石灰加入量沒有根據，只能參照上下爐，如果鐵水變化大了就會造成加多或加少。渣料加多了，爐渣化不開，爐溫上不去，吹煉困難返干嚴重，經常發生粘爐口、粘煙罩、粘氧槍的“三粘”事故，影響生產順行;渣料加少了，爐渣稀堿度低，爐中溫度高，難以保證鋼水P、S硫合格。2009年轉爐P高廢品平均每月3～5爐，處理“三粘”事故每天在2 h以上，嚴重地影響了生產節奏。

3 依Si煉鋼工藝優化

撫順新鋼鐵以往采用由高爐工人在高爐鐵水溝內取樣的方式，因為鐵水成分不均勻，造成鐵水樣沒有代表性。雖然煉鋼廠混鐵爐也取樣，但是由于化學分析只能分析S含量，所以對轉爐冶煉的指導性不強。因此要提高轉爐終點命中率就要根據鐵水含Si量及溫度變化來調整工藝制度。

針對煉鋼廠的現狀，主要從鐵水取樣方式，鐵水溫度和成分的準確，廢鋼和石灰加入量的工藝確認等進行改進。

3.1 鐵水制樣

經過多次調研把取樣點設在混鐵爐，取鐵水樣，用光譜分析鐵水Si，調試曲線安裝光譜分析儀，對入爐鐵水含Si量真實掌握，從而對搖爐工操作有指導意義。

鐵水取樣器的制作是依“Si”冶煉的關鍵環節，因為過去化學分析使用的鐵水取樣器是鑄鐵的，無法用于光譜分析上。因為光譜分析的鐵水樣需要達到白口化，必須達到一定的冷卻速度，所以選用什么樣的取樣器十分重要。根據同行業經驗，采用銅制取樣器是比較合適的。于是我們開始自制取樣器，從紫銅圓環取樣器開始實驗到引進鞍鋼的取樣器，最后引進分離式的黃銅鐵水取樣器。

3.2 鐵水物理熱監測

鐵水溫度的測量可以對轉爐冶煉進行指導，使用熱電偶對鐵水包內鐵水根據鐵次定時測溫，使操作人員及時掌握鐵水物理熱，通過數據傳輸系統傳到轉爐操作室的計算機中，指導廢鋼等冷料配比。

表2 各批次石灰化驗指標表 /%

3.3 數據傳輸

在每臺轉爐操作室安裝1臺計算機，作為光譜分析后的成分傳輸顯示設備，分析數據采集并網工作落實全面開始。將鐵水成分分析結果和鐵水測溫結果用光纖傳輸到各操作室，使操作人員更加便捷地了解鐵水變化。

3.4 規范工藝制度

跟蹤鐵水Si含量與廢鋼、石灰加入量之間的對應關系，進而合理配加各種冶煉所用原輔材料。制定標準的冶煉制度，通過積累數據制定了轉爐冶煉的數據庫，明確了鐵水Si含量與廢鋼、石灰加入量之間的對應關系，見表3。

表3 鐵水Si含量與廢鋼量、石灰量對應表

4 經濟性分析

光譜分析數據準確、速度快，鐵水 C、S、P、Si、Mn全部分析可以有效地指導轉爐操作，使轉爐冶煉更有針對性，返干時間大大縮短，噴濺爐號大大減少，轉爐渣樣成分穩定，轉爐終點碳溫命中率由工藝改進前的56.5%，改善后達到了77.3%，提高了20.8%。終點命中率提高后，可以減少后吹，從而縮短了冶煉周期1～3 min。

依“Si”冶煉自2010年實施以來，不僅可以縮短冶煉周期，提高操作穩定性，而且較大幅度地降低冶煉成本。

4.1 減少氧氣消耗

依“Si”冶煉實行后，轉爐命中率提高了20.8%（77.3%-56.5%)，可以降低后吹次數，按每次后吹20 s/次，氧氣流量8 000 m3/h計算，每次后吹大約消耗氧氣為：

平均出鋼量37 t，氧氣價格0.35元/m3，則噸鋼創效益為：

4.2 降低石灰消耗

改善前石灰消耗92.4 kg/t，改善后石灰消耗84.6 kg/t，石灰消耗下降 7.8 kg/t，石灰價格 380 元/t，則噸鋼可創效益為：

4.3 渣量減少，降低鐵損

石灰消耗下降7.85 kg/t，根據石灰分析結果，石灰灼減平均值7.9%。全鐵法[3]渣樣分析結果顯示渣中含鐵量TFe平均值16.93%。可以減少渣量7.23 kg/t（7.85 kg/t×（1-7.9%))，可以節省鋼鐵料消耗 1.22 kg/t（7.23 kg/t×16.93%)。噸鋼可增加效益為：

4.4 脫磷效率提高

依“Si”冶煉對轉爐造渣操作有利，可以保證合適的爐渣堿度和氧化性，提高脫磷效率，降低因鐵水Si高未及時提高石灰加入量而帶來的廢品，按每月減少化廢1爐計算，以生產二級螺紋鋼為例，每爐平均吹氧15 min，則年可創效益為:

綜上所述，年可創效益1 745萬元。

5 結論

5.1 實際操作證明,轉爐依“Si”冶煉是可行的，在撫順新鋼鐵的實施中收到了明顯效果。

5.2 通過鐵水成分和溫度的快速反饋，可以解決轉爐操作沒有針對性的問題，有效地指導轉爐操作，提高轉爐終點碳溫命中率20%以上。

5.3 縮短了冶煉周期1～3 min，終渣堿度穩定在3.2左右，磷高廢品控制在2爐/月以下（月生產7 000爐)“，三粘”事故基本可以杜絕。

5.4 可以降低石灰消耗8～10 kg，降低鋼鐵料消耗1～2 kg。

[1]鄭沛然.煉鋼學[M].北京:冶金工業出版社，1994：5.

[2]馮捷，張紅文.轉爐煉鋼生產[M].北京:冶金工業出版社，2006：80.

[3]李慧.鋼鐵冶金概論[M].北京:冶金工業出版社，1993：136.

Production Practice of Silicon-based Steel-making at Converter

Wei Zhiqiang,Li Yong

The currentproduction situation atconverter steel-making was analyzed and the reason for the big fluctuation of silicon content in hot metal was found.Then the steel-making process was optimized:improvement was made in hot metal sampling method,correct hot metal temperature and composition,scarp and lime addition confirmation and process system adjustment according to silicon content in hot metal and temperature variation.Thus,the steel was made based on silicon,which increased converter aim hit rate and lowered the consumption of raw materials.

converter,hot metal,content,basicity,hit rate,optimization

（收稿 2011－08－02 責編 趙實鳴)

魏志強，畢業于遼寧科技學院鋼鐵冶金專業，工程師，現在撫順新鋼鐵有限責任公司任煉鋼工程師。